一文看懂什么是Linux操作系统.doc
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1、一文看懂什么是Linux操作系统Linux操作系统概述Q1.什么是GNU?Linux与GNU有什么关系?A:1)GNU是GNU is Not Unix的递归缩写,是自由软件基金会(Free Software Foundation,FSF)的一个项目,该项目已经开发了许多高质量的编程工具,包括emacs编辑器、著名的GNU C+和C+编译器(gcc和g+);2)Linux的开发使用了许多GNU工具,Linux系统上用于实现POSIX.2标准的工具几乎都是由GNU项目开发的;Linux内核、GNU工具以及其它一些自由软件组成了人们常说的Linux系统或Linux发布版。Q2.Linux系统由哪几部
2、分组成?Linux内核处于什么位置?A:1)Linux系统由四个部分组成:用户进程,系统调用接口、Linux内核子系统和硬件;2)Linux内核处于用户进程和硬件之间,包括系统调用接口和Linux内核子系统。Q3.Linux内核由哪几部分组成?各个子系统的主要功能是什么?A:(1)Linux内核除系统调用外,由五个主要的子系统组成:进程调度、内存管理、虚拟文件系统、网络和进程间通信(IPC);(2)各个子系统的主要功能为:1)进程调度:它控制着进程对CPU的访问,当需要选择一个进程开始运行时,由调度程序选择最应该运行的进程;2)内存管理:它允许多个进程安全地共享主内存区域,支持虚拟内存;从逻辑
3、上可以分为硬件无关的部分和硬件相关的部分;3)虚拟文件系统(VFS):它隐藏了各种不同硬件的具体细节,为所有设备提供统一的接口,支持多达数十种不同的文件系统,分为逻辑文件系统和设备驱动程序;4)网络:它提供了对各种网络标准协议的存取和各种网络硬件的支持,分为网络协议和网络驱动程序两部分;5)进程间通信:支持进程间各种通信机制,包括共享内存、消息队列和管道等。内存寻址Q1.什么是物理地址?什么是虚地址?什么是线性地址?A:1)将主板上的物理内存条所提供的内存空间定义为物理内存空间,其中每个内存单元的实际地址就是物理地址;2)将应用程序员看到的内存空间定义为虚拟地址空间(或地址空间),其中的地址就
4、叫做虚拟地址(或虚地址),一般用“段:偏移量”的形式来描述,如A815:CF2D;3)线性地址空间是指一段连续的、不分段的、范围为04GB的地址空间,一个线性地址就是线性地址空间的一个绝对地址。Q2.在保护模式下,MMU如何把一个虚地址转换为物理地址?A:在保护模式下,内存管理单元(MMU)由一个或一组芯片组成,其功能是指虚拟地址映射为物理地址,即进行地址转换;MMU是一种硬件电路,它包含分段部件和分页部件两个部件,分别叫做分段机制和分页机制,分段机制是把一个虚拟地址转换为线性地址,分页机制是把一个线性地址转换为物理地址。Q3.为什么对32位线性地址空间要采用两级页表?A:页表是把线性地址映射
5、到物理地址的一种数据结构,4GB的线性空间可以被划分为1M个4KB大小的页,每个页表项占4字节,则1M个页表项的页表就需要占用4MB空间,而且还要求是连续的,于是采用两级页表来实现;两级页表就是对页表再进行分页,第一级称为页目录,其中存放关于页表的信息;4MB的页表再次分页,可以分为1K个4KB大小的页。Q4.页面高速缓存的作用是什么?Linux为什么主要采用分页机制来实现虚拟存储管理?它为什么采用三级分页模式而不是两级?A:(1)页面高速缓存自动保留处理器最近使用的32项页表项,因此可以覆盖128KB范围的内存;(2)Linux主要采用分页机制来实现虚拟存储器管理,原因为:1)Linux的分
6、段机制使得所有的进程都使用相同的段寄存器,这使得内存管理变得简单;2)Linux的设计目标之一就是能够被移植到绝大多数流行的处理平台上,但许多RISC处理器支持的分段功能非常有限;为了保证可移植性,Linux采用三级分页模式,因为许多处理器都采用64位结构;Linux定义了三种类型的页表:页目录(PGD)、中间目录(PMD)和页表(PT)。进程Q1.程序与进程的概念分别是什么?为什么要引入“进程”的概念?A:1)程序是一个普通文件,是机器代码指令和数据的集合,这些指令和数据存储在磁盘上的一个可执行映像中,可执行映像(executable image)就是一个可执行文件的内容;2)进程代表程序的
7、执行过程,它是一个动态的实体,随着程序中指令的执行而不断地变化,在某个时刻进程的内容被称为进程映像(process image);3)程序的执行过程可以说是一个执行环境的总和,这个执行环境除了包括程序中各种指令和数据外,还有一些额外数据;而执行环境的动态变化体现了程序的运行,为了对动态变化的过程进行描述,就引入了“进程”概念。Q2.什么是进程控制块?它包含哪些基本信息?A:1)Linux中把对进程的描述结构叫做task_struct,将这样的数据结构称作进程控制块(PCB);2)PCB是一个其域多达80多项的相当庞大的数据结构,按其功能将所有域划分为:状态信息,链接信息、各种标识符、进程间通信
8、信息、时间和定时器信息、调度信息、文件系统信息、虚拟内存信息和处理器环境信息。Q3.Linux内核的状态有哪些?A:1)Linux最基本的进程状态有三种:运行态、就绪态和阻塞态(或等待态);这三种状态之间有四种可能的转换关系:运行态-阻塞态、运行态-就绪态、就绪态-运行态和阻塞态-就绪态;2)为了管理上的方便,将就绪态和运行态合并为一个状态可运行态,再包括其它方面的一些改变,将进程状态划分为:可运行态、睡眠(或等待)态(分为深度睡眠态和浅度睡眠态)、暂停状态和僵死状态。Q4.PCB的组织方式有哪几种?A:PCB的组织方式有:进程链表、散列表、可运行队列和等待队列。Q5.主要的调度算法包括哪些?
9、一个好的调度算法要考虑哪些方面?A:1)主要的调度算法包括:时间片轮转调度算法、优先级调度算法(非抢占式优先级算法和抢占式优先级算法)、多级反馈队列调度算法和实时调度算法;2)一个好的调度算法应该考虑五个方面:公平、高效、响应时间、周转时间和吞吐量。内存管理Q1.为什么把进程的地址空间划分为“内核空间”和“用户空间”?A:Linux的虚拟地址空间的大小为4GB,内核将这4GB的空间分为两部分,较高的1GB(虚地址0xC0000000到0xFFFFFFFF)供内核使用,称为“内核空间”;而较低的3GB(虚地址0x00000000到0xBFFFFFFF)供各个进程使用,称为“用户空间”;因为每个进
10、程可以通过系统调用进入内核,因此,内核空间由系统内的所有进程共享;于是,从具体进程的角度来看,每个进程都可以拥有4GB的虚拟地址空间(也叫做虚拟内存)。Q2.Linux是如何实现“请求调页”的?A:1)如果被访问的页不在内存,也就是说,这个页还没有被存放在任何一个物理页面中,那么,内核分配一个新的页面并将其适当地初始化,这种技术称为“请求调页”;2)“请求调页”是一种动态内存分配技术,它将页面的分配推迟到不能再推迟为止,也就是说,一直推迟到进程要访问的页不在物理内存时为止,由此引起一个缺页异常;该技术的引入主要是因为进程开始运行时并不访问其地址空间中的全部地址。中断和异常Q1.什么是中断?什么
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